美国GPS系统恐难保“黄金标准”地位，中俄等国卫星服务迎头追赶

2023年10月16日13:15 CST 更新

美国的全球定位系统(GPS)问世已近50年，目前恐失去世界定位服务黄金标准这一地位。

负责运行GPS的美国军方正在用更现代化的卫星对系统进行升级，这些卫星能够在更多的室内和难以到达的空间为非军事设备提供更精确的坐标。但面向民用的下一代GPS服务预计要在几年后才能投入使用。

尽管学者和国家安全官员提醒称，延迟升级并不意味着GPS的失败，但他们表示，其它一些国家更现代化的系统可能使其获得对全球商业的影响力，进而会削弱美国的影响力。例如，中国在向非洲和亚洲国家的官员介绍情况时，会将自家先进的卫星服务作为商业和研究合作的一个卖点。在极端情况下，一国政府可能会向敌对国家提供不准确的数据，导致依赖其信号的智能手机和车辆在冲突中无法使用。

GPS的诞生

GPS曾是科幻小说中的情节，该系统开创了所谓的定位、导航和授时行业，为平民提供了一种免费使用的全新工具。这项服务最初是为美国军队开发的，现在已成为智能手机、船舶和智能设备实时定位不可或缺的工具。

美国五角大楼于1973年首次批准实施GPS计划。美国空军于1978年发射了第一颗GPS卫星，到1995年该系统已全面投入使用。五角大楼最新设立的军事部门太空军(Space Force)后来接管了GPS发射的管理工作。

非军事用户对GPS的依赖程度远远超出了其最初规划者的想象。优步(Uber)司机经常依靠智能手机的GPS数据找到乘客以及规划路线。电力公司利用该网络的精确原子钟在几毫秒内检测到输电故障。

与此同时，其他国家也在凭自身力量实现GPS功能。俄罗斯的格洛纳斯系统(Glonass)和欧盟的伽利略系统(Galileo)也提供全球覆盖，日本和印度的卫星则向其本土周边地区广播数据。

中国的全面覆盖

2020年中国国际服务贸易交易会上的北斗导航卫星系统模型。

图片来源：tingshu wang/Reuters

中国的北斗系统曾经是一个简单的区域网络，卫星接收器笨重，非政府用户很少，自2000年发射了最初的两颗卫星以来已经有了长足的进步。该系统在2020年实现了覆盖全球的目标，46颗运行卫星覆盖了整个地球，数量超过了美国宣称的31颗GPS卫星。

中国的卫星导航网络得到了地球上至少30个高精准监测站的支持，并声称能将用户的位置精确到几厘米以内。该服务还提供基本的双向通信能力。

就在苹果公司去年宣传拥有通过卫星呼叫紧急救援等最新功能的新款iPhone几天前，其中国竞争对手华为(Huawei Technologies)的类似新品发布吸引了人们的眼球。华为Mate 50智能手机当时让观察人士们大吃一惊，不仅仅是因为它具有基于卫星的求救功能，还因为正是北斗系统的基础设施让这成为可能。

“GPS曾被认为比其他全球系统更具优势，然而这一优势不再明显”，美国几家情报和国家安全机构支持的科技投资公司In-Q-Tel的执行副总裁Sarah Sewall说。“GPS的主导地位已受到侵蚀。”

华为 Mate 50手机标榜基于卫星的紧急功能，它使用的是中国开发的全球定位系统。

图片来源：alejandro garcia/Shutterstock

GPS的工作原理是通过每天环绕地球两圈的卫星群来广播精确的时间测量结果。地面上的设备使用多颗卫星的时间戳来确定它们在地球上的位置。

GPS使用与民用信号分离并更安全的军用频率为美国导弹、舰船和军队提供引导。GPS以往的主导地位甚至令对手国家的军队都要依赖于这个美国五角大楼控制的系统。

由于GPS的民用信号可以免费使用，中国、欧洲和俄罗斯的卫星导航系统无法直接令其出资国获得利润。美国资助的非营利研究机构Mitre Corp的名誉研究员John Betz表示，除了用来炫耀和促进相关国家国内航空航天工业的发展外，可能很难看到其他直接好处。Betz为GPS的现代化努力做出了贡献。

但难以忽视的是这些新系统更先进的功能。例如，未来的智能手机、汽车和工业设备制造商可能会决定不再默认使用GPS，而是开始先依赖中国的信号。

“在实现GPS现代化方面有一定的惰性，”Betz称。“它不是从零开始。”举例而言，美国计划继续使用GPS原始的无线电频率——即使它增加了新的频道，目的是避免数以10亿计依赖GPS的设备被淘汰。

美国太空军在一份声明中表示，GPS继续在该领域树立黄金标准。太空军太空系统司令部的一位发言人说，虽然其他国家可能会报告在精确度方面有所改善，在可用性方面也不相上下，但GPS在完整性方面仍然是明显的领先者，也是唯一被接受用于国际航班的系统。

美国的计划

一颗GPS卫星于一月份发射。

图片来源：Joshua Conti/Ussf/Zuma Press

长期以来，美国军方一直计划用一批可升级的现代化卫星来升级GPS系统，以提供受到干扰更少的更精确坐标。这些较新型卫星通过一个名为L5的新频率向民用用户传播数据。

在经历了一系列延期之后，美国太空军已有17颗装备了L5的卫星进入轨道，但实况卫星数量尚未达到运行一个可靠系统所需的24颗。一些成品卫星正放在科罗拉多州的一个仓库里，等待资金到位后发射升空。

太空军的一位发言人说，这个具有较新频段的系统将不断发展，到2027年将全面投入运作。另一个卫星编队计划于本世纪30年代投入使用。据政府问责办公室(Government Accountability Office) 2021年的一份报告估计，这两项核心卫星升级的费用加起来将超过150亿美元。

相关部署进展缓慢，退役海军少将Mark Montgomery对此感到担忧，他领导着由联邦政府授权成立的美国网络空间日光浴室委员会(U.S. Cyberspace Solarium Commission)。该委员会的任务是开发针对潜在网络攻击的防御手段。他认为，从海港起重机到蜂窝网络等依赖GPS的民用领域是美国国防官员的盲点。

Montgomery说：“这个系统对于我们的关键基础设施绝对至关重要，我们基本不具韧性，事实上这个美国系统正开始衰颓。”他敦促太空军快速推进未来的发射。

四颗后备卫星的建造者洛克希德-马丁(Lockheed Martin)称，其中一颗卫星已定于2024年中期发射。项目群管理主管Juli Best说，该公司在这些卫星中置入了一套新功能，并简化了生产流程“以帮助我们更快地增强GPS功能和实现交付”，Best还说，该防务承包商“已经准备好支持美国太空军计划中的GPS相关发射节奏”。